作为典型的高强材料，纳米金属（即晶粒尺寸在纳米尺度的多晶金属）的强度水平往往比普通粗晶金属高出一个数量级。但由于纳米金属的晶粒太小，其内部在变形过程中难以积累位错，从而导致纳米金属的低塑性和低韧性。事实上，纳米金属的低塑韧性已经成为制约纳米金属工程应用的瓶颈。因此，改善和提高纳米金属及合金的塑性和韧性是当前材料科学与工程领域的关键科学问题，并引起材料、物理和力学等领域科学工作者的广泛兴趣，研究和发展纳米金属材料的韧化方法是当前纳米材料领域的热点和前沿课题。本研究方向通过不同方法（如放电等离子烧结、热机械处理等）制备多级结构纳米金属材料和金属基复合材料，实现材料的强韧匹配。并进一步研究其组织演变和性能变化的规律和机理。部分成果已发表在《Metallurgical andMaterials Transactions A》、《Materials Science and Engineering A》和《Philosophical Magazine Letters》等期刊上。
图1 高压SPS过程组织演变机理分析：(a) 含有多个亚晶粒的大晶粒，(b) G1和G2亚晶之间的位错结构，(c) G1和G2亚晶之间的错配。结合SPS前的组织分析，说明晶粒旋转是晶粒长大的一种方式。
图2 放电等离子烧结过程电流密度分布计算机模拟。